Quelle: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE).

Sternsysteme wie unser Sonnensystem entstehen in interstellaren Wolken aus Gas und Staub, die kollabieren und junge Sterne bilden. Diese sind in eine protoplanetare Scheibe eingebettet, in der Planeten entstehen und den Raum um sich herum frei räumen – wie kürzlich in bereits entwickelten Systemen beobachtet, bei denen die Mutterwolke schon aufgebraucht war. Beobachtungen mit ALMA haben nun eine protoplanetare Scheibe gezeigt, die einerseits eine große Lücke aufweist, die andererseits aber immer noch über ausgedehnte Gasfilamente von der umgebenden Wolke gespeist wird. Dies zeigt, dass die Akkretion von Material auf die protoplanetare Scheibe länger andauert als bisher angenommen, was sich auf die Entwicklung des zukünftigen Planetensystems auswirkt.

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Dr. Felipe Alves vom Zentrum für Astrochemische Studien (CAS) am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) verwendete das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), um den Akkretionsprozess im stellaren Objekt [BHB2007] 1 zu untersuchen, einem System an der Spitze der Pfeifennebels. Die ALMA-Daten zeigen eine Scheibe aus Staub und Gas um den Protostern und große Gasfilamente um diese Scheibe herum. Die Wissenschaftler interpretieren diese Filamente als Akkretionsströme, die die Scheibe mit Material aus der umgebenden Wolke speisen. Die Scheibe bereitet das einströmende Material weiter auf und führt es dem Protostern zu. Die beobachtete Struktur ist sehr ungewöhnlich für stellare Objekte in diesem Entwicklungsstadium – bei einem Alter von etwa 1.000.000 Jahren – wenn sich die zirkumstellare Scheibe bereits gebildet hat und reif ist für die Entstehung von Planeten. „Wir waren ziemlich überrascht zu beobachten, dass es so markante Akkretionsfilamente gibt, die auf die Scheibe einfallen“, sagt Alves. „Die Aktivität dieser Filamente zeigt, dass die Scheibe immer noch wächst, während sie gleichzeitig den Protostern ernährt.“

Das Team fand auch einen riesigen Hohlraum innerhalb der Scheibe. Der Hohlraum hat eine Breite von 70 Astronomischen Einheiten und umfasst einen kompakten Bereich aus heißem molekularem Gas. Darüber hinaus weisen zusätzliche Daten des Very Large Array (VLA) bei Radiofrequenzen darauf hin, dass an derselben Stelle, an der das heiße Gas detektiert wurde, nichtthermische Emission vorhanden ist. Beide Beweisketten deuten darauf hin, dass sich ein „substellares“ Objekt – ein junger Riesenplanet oder Brauner Zwerg – in dem Hohlraum befindet. Wenn dieser Begleiter Material von der Scheibe akkretiert, heizt er das Gas auf und treibt möglicherweise starke ionisierte Winde und/oder Jets an. Das Team schätzt, dass ein Objekt mit einer Masse zwischen 4 und 70 Jupitermassen nötig ist, um die beobachtete Lücke in der Scheibe zu erzeugen.

„Wir stellen hier einen neuen Fall von Stern- und Planetenentstehung vor, bei dem sich beide Objekte gleichzeitig bilden“, erklärt Paola Caselli, Direktorin am MPE und Leiterin der CAS-Gruppe. „Unsere Beobachtungen liefern starke Hinweise darauf, dass protoplanetare Scheiben auch nach Beginn der Planetenentstehung weiter Material sammeln. Dies ist eine wichtige Information, weil das frische Material, das auf die Scheibe fällt, sowohl die chemische Zusammensetzung des zukünftigen Planetensystems als auch die dynamische Entwicklung der gesamten Scheibe beeinflusst.“ Diese Beobachtungen bringen zudem Einschränkungen für die Zeitskala der Entstehung von Planeten und die Entwicklung der Scheibe mit sich und werfen ein Licht darauf, wie Sternsysteme wie unser Sonnensystem aus der ursprünglichen Wolke gebildet werden.

Original-Veröffentlichung
Felipe O. Alves, L. Ilsedore Cleeves, Josep M. Girart, Zhaohuan Zhu, Gabriel A. P. Franco, Alice Zurlo und Paola Caselli.
„A Case of Simultaneous Star and Planet Formation„
Astrophysical Journal Letters, 904 L6

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Sternentwicklung

Der Beitrag MPE: Stern und Planet wachsen gemeinsam erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE).

Astronomen haben überzeugende Beweise dafür gefunden, dass Planeten anfangen sich zu bilden, während Babysterne noch wachsen. Das hochauflösende Bild, das mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) aufgenommen wurde, zeigt eine junge proto-stellare Scheibe mit mehreren Lücken und Staubringen. Dieses neue Ergebnis, das nun in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, zeigt das jüngste und detailreichste Bild von Staubringen, in denen wie in einer kosmischen Kinderstube Planeten entstehen und sich weiter entwickeln.

Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Dominique Segura-Cox am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Deutschland hat mit dem Radioobservatorium ALMA den Protostern IRS 63 ins Visier genommen. Dieses System ist 470 Lichtjahre von der Erde entfernt und befindet sich tief in der dichten interstellaren Wolke L1709 im Sternbild Schlangenträger. Protosterne, die so jung sind wie IRS 63, sind in eine ausgedehnte und massereiche „Decke“ aus Gas und Staub eingehüllt, die oft auch als Hülle bezeichnet wird. Aus diesem Reservoir an Materie speisen sich Protostern und Scheibe.

In Systemen, die älter als 1.000.000 Jahre sind und in denen die Protosterne den größten Teil ihrer Masse bereits angesammelt haben, hat man bereits oft Staubringe entdeckt. IRS 63 ist anders: Mit weniger als 500.000 Jahren ist er weniger als halb so alt wie andere junge Sterne mit Staubringen, und der Proto-Stern wird noch deutlich an Masse zunehmen. „Die Ringe in der Scheibe um IRS 63 sind sehr jung“, betont Segura-Cox. „Früher dachten wir, dass zuerst die Sterne erwachsen werden und dann quasi Mütter der Planeten sind, die erst später kommen. Aber jetzt sehen wir, dass Protosterne und Planeten von Kindesbeinen an gemeinsam wie Geschwister wachsen und sich entwickeln.“

Planeten müssen ab den frühesten Stadien ihrer Entstehung einige ernsthafte Hindernisse überwinden. Zuerst müssen sie aus winzigen Staubteilchen wachsen, die kleiner sind als der Hausstaub hier auf der Erde. „Die Ringe in der Scheibe von IRS 63 sind riesige Staubhaufen, die sich zu Planeten zusammenfügen können“, bemerkt Co-Autorin Anika Schmiedeke vom MPE. Doch selbst wenn sich ein Planetenembryo aus Staubklumpen gebildet hat, könnte der im Entstehen begriffene Planet wieder verschwinden, indem er auf einer Spiralbahn weiter zum Zentrum driftet und vom Protostern geschluckt wird. Wenn Planeten sich sehr früh und in großer Entfernung vom Protostern bilden, könnten sie diesen Prozess besser überleben.

Das Forscherteam fand heraus, dass die junge Scheibe von IRS 63 etwa 0,5 Jupitermassen an Staub enthält, die weiter als 20 AU von ihrem Zentrum entfernt sind (in einer Entfernung ähnlich der Uranusbahn in unserem Sonnensystem). Dabei wurde die Gasmenge nicht mitgezählt, die bis zu 100 Mal mehr Material liefern könnte. Um einen Planetenkern zu bilden, sind mindestens 0,03 Jupitermassen an Feststoffen erforderlich, damit dieser Kern effizient Gas akkretieren und zu einem riesigen Gasplaneten heranwachsen kann. Teammitglied Jaime Pineda vom MPE fügt hinzu: „Diese Ergebnisse zeigen, dass wir uns auf die jüngsten Systeme konzentrieren müssen, um die Entstehung von Planeten wirklich zu verstehen.“ Es gibt zum Beispiel immer mehr Hinweise darauf, dass sich Jupiter viel weiter draußen im Sonnensystem, jenseits der Neptunbahn, gebildet haben könnte und dann nach innen zu seinem jetzigen Standort gewandert ist. In ähnlicher Weise zeigt der Staub, der IRS 63 umgibt, dass es weit vom Protostern entfernt genügend Material in einem jungen System gibt, so dass die Chance besteht, dass sich in diesem System Planeten bilden, analog wie Jupiter vermutlich in unserem Sonnensystem entstanden ist.

„Die Größe der Scheibe ist unserem eigenen Sonnensystem sehr ähnlich“, erklärt Segura-Cox. „Sogar die Masse des Protosterns ist nur wenig geringer als die unserer Sonne. Die Untersuchung solch junger Scheiben um Protosterne, in denen Planeten entstehen, kann uns wichtige Erkenntnisse über unseren eigenen Ursprung liefern.“

Das Team besteht aus Dominique M. Segura-Cox (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik/University of Illinois), Anika Schmiedeke (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik), Jaime E. Pineda (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik), Ian W. Stephens (Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian), Manuel Fernández-López (Instituto Argentino de Radioastronomía), Leslie W. Looney (University of Illinois), Paola Caselli (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik), Zhi-Yun Li (University of Virginia), Lee G. Mundy (University of Maryland), Woojin Kwon (Seoul National University/Korea Astronomy and Space Science Institute) und Robert J. Harris (University of Illinois).

Das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), eine internationale Astronomieeinrichtung, ist eine Partnerschaft der Europäischen Südsternwarte (ESO), der US National Science Foundation (NSF) und der National Institutes of Natural Sciences (NINS) Japans in Zusammenarbeit mit der Republik Chile. ALMA wird von der ESO im Namen ihrer Mitgliedstaaten, von der NSF in Zusammenarbeit mit dem National Research Council of Canada (NRC) und dem Ministry of Science and Technology (MOST) sowie von den NINS in Zusammenarbeit mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan und dem Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) finanziert. Bau und Betrieb von ALMA werden von der ESO im Namen ihrer Mitgliedstaaten geleitet; vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das von Associated Universities, Inc. (AUI) im Namen Nordamerikas und vom National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) im Namen Ostasiens geleitet wird. Das Gemeinsame ALMA-Observatorium (JAO) sorgt für die einheitliche Leitung und Verwaltung des Baus, der Inbetriebnahme und des Betriebs von ALMA.

Originalveröffentlichung
D. M. Segura-Cox et al.
Four annular structures in a protostellar disk less than 500,000 years old
Nature, 7 Oct 2020 DOI: 10.1038/s41586-020-2779-6

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Sternentstehung

Der Beitrag Sterne und Planeten wachsen gemeinsam als Geschwister erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE).

Das System IRAS 16293-2422 ist eine der hellsten Sternentstehungsregionen in unserer Nachbarschaft. Es befindet sich in der Ophiuchus-Molekülwolke in einer Entfernung von etwa 460 Lichtjahren und wurde bereits eingehend untersucht, unter anderem weil sich hier zahlreiche komplexe organische Moleküle, die Bausteine präbiotischer Moleküle, durch ihre Emission zeigen.

Bis jetzt war jedoch die detaillierte Quellen-Konfiguration in dieser Region unklar, wobei Beobachtungen bei verschiedenen Wellenlängen mehrere kompakte Quellen an leicht unterschiedlichen Orten zeigten. Dies lässt sich auf großen Mengen an Materie vor den entstehenden Proto-Sternen zurückzuführen, die davon in diesen frühesten Stadien ihrer Entstehung erwartungsgemäß verdeckt werden.

Ein internationales Team von Astronomen unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) hat nun hochauflösende Radiobeobachtungen des ALMA-Interferometers erhalten, die neben dem bekannten Proto-Stern B zwei kompakte Quellen A1 und A2 deutlich erkennen lassen (siehe Abb. 1).

„Unsere Beobachtungen bestätigen die Position der beiden nahe beieinander liegenden Protosterne und zeigen, dass beide jeweils von einer sehr kleinen Staubscheibe umgeben sind, die wiederum in eine große Menge an Materie mit komplexen Mustern eingebettet sind“, bemerkt María José Maureira vom MPE, die Hauptautorin der Studie.

Die Quelle A1 hat eine Masse von etwas weniger als 1 Sonnenmasse und ist in eine kleine Staubscheibe von etwa der Größe des Asteroidengürtels eingebettet; die Quelle A2 hat eine Masse von etwa 1,4 Sonnenmassen und ist in eine etwas größere Scheibe eingebettet (siehe Abb. 2). Interessanterweise erscheint diese Scheibe um A2 auch in einem Winkel zur Gesamtorientierung der größeren Wolkenstruktur, während die Scheibe um die Quelle B – in viel größerem Abstand – frontal gesehen wird, was auf eine ziemlich chaotische Entstehungsgeschichte hinweist.

Zusätzlich zur direkten Abbildung der Staubemission erhielt das Team auch Informationen über die Bewegung des Gases um die Sterne durch Beobachtungen von Spektrallinien organischer Moleküle, die den Bereich hoher Dichte, der das nun entdeckte Doppelsternsystem umgibt, gut nachzeichnen. Dies ermöglichte es ihnen, eine unabhängige Massenmessung durchzuführen und zu bestätigen, dass A1 und A2 aneinander gebunden sind.

Durch die Kombination ihrer jüngsten Beobachtungen mit Daten, die in den letzten 30 Jahren gesammelt wurden, fand das Team heraus, dass die beiden Sterne sich alle 360 Jahre einmal umkreisen, und zwar in einem Abstand, der dem Pluto-Orbit ähnelt, wobei die Umlaufbahn um etwa 60° geneigt ist (siehe Abb. 3).

„Dies ist das erste Mal, dass wir in der Lage waren, die vollständigen Bahnparameter eines Doppelsternsystems in diesem frühen Stadium der Sternentstehung abzuleiten“, betont Jaime Pineda vom MPE, der an der Modellierung beteiligt war.

„Mit diesen Ergebnissen sind wir endlich in der Lage, in eines der am stärksten eingebetteten und jüngsten proto-stellaren Systeme einzutauchen und seine dynamische Struktur und komplexe Morphologie zu enthüllen: wir sehen Verbindungen in der Materie zwischen den zirkumstellaren Scheiben und ihrer umgebenden Region und wahrscheinlich auch mit der zirkumbinären Scheibe. Die kleinen Scheiben werden wahrscheinlich immer weiter gefüttert und wachsen noch“, betont Paola Caselli, Direktorin am MPE und Leiterin des Zentrums für Astrochemische Studien. „Dies war nur möglich dank der großen Sensibilität von ALMA und der Beobachtung von Molekülen, die diese dichten Regionen einzigartig nachzeichnen. Moleküle senden uns Signale mit sehr spezifischen Frequenzen, und aufgrund der Veränderungen dieser Frequenzen in der Region (durch interne Bewegungen) kann man die komplexe Kinematik des Systems rekonstruieren. Das ist die Stärke der Astrochemie.“

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Sternentwicklung

Der Beitrag MPE: Doppel-Proto-Sternsystem in Entstehung erschien zuerst auf Raumfahrer.net.